CN108512204A - 一种电网差动保护装置 - Google Patents

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毛志明
陈治仲
张捷
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/263—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of measured values

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Abstract

本发明公开了一种电网差动保护装置。该装置包括：主控制器和光收发器，主控制器的信号发射端口和脉冲发送端口共同通过与门与光收发器的发射端相连接，主控制器的信号接收端口和中断端口并联后与光收发器的接收端相连接，主控制器的信号采集端口与电流采样器相连接，电网差动保护装置分别安装于所述输电线路的两端，首端差动保护装置光收发器的接收端与末端差动保护装置光收发器的发射端相连接，首端差动保护装置光收发器的发射端与末端差动保护装置光收发器的接收端相连接。本发明提供的电网差动保护装置具有造价低、实现方式简便和故障判断准确度高的特点。

Description

一种电网差动保护装置
技术领域
本发明涉及电网保护领域，特别是涉及一种电网差动保护装置。
背景技术
随着国家配电网的不断发展及配网自动化程度的不断提升，对供电的可靠性要求也越来越高。供电的可靠性是衡量供配电质量的一个重要指标，衡量供配电可靠性的指标，一般以全年平均供电时间占全年时间的百分数来表示，例如，全年时间为8760小时，用户全年平均停电时间87.6小时，即停电时间占全年的1％，则供电可靠性为99％。
配网自动化的各种智能测控、保护装置是提高供电可靠性的重要保障，特别是配电网中的故障隔离及供电自恢复功能，而光纤差动保护技术及其装置在电力系统10KV中压系统配网中，对配电网故障的快速隔离，具有其它智能装置不可比拟的优势，且国内已经初步具备实施条件，目前在南方电网的部分区域已开始规划实施。
光纤差动保护的实现方式：线路差动保护通常指输电线的纵联保护，就是用光纤通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。但是，现有技术中，光纤连接需智能网络传输设备，如光/电转换设备，造价高昂；其次，实现机理复杂，对网络传输设备的可靠性要求高。此外，数据的同步采样需消除网络通信的通信延时，影响着故障判断的准确度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电网差动保护装置，具有造价低、实现方式简便和故障判断准确度高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电网差动保护装置，所述装置包括：主控制器和光收发器，所述主控制器包括信号采集端口、信号接收端口、信号发射端口、脉冲发送端口和中断端口，所述光收发器包括发射端和接收端，所述主控制器的信号发射端口和脉冲发送端口共同通过与门与所述光收发器的发射端相连接，所述主控制器的信号接收端口和中断端口并联后与所述光收发器的接收端相连接，所述主控制器的信号采集端口与电流采样器相连接，所述电网差动保护装置分别安装于所述输电线路的两端，分别记为首端差动保护装置和末端差动保护装置，所述首端差动保护装置光收发器的接收端与所述末端差动保护装置光收发器的发射端相连接，所述首端差动保护装置光收发器的发射端与所述末端差动保护装置光收发器的接收端相连接。
可选的，所述首端差动保护装置光收发器的接收端通过光纤与所述末端差动保护装置光收发器的发射端相连接，所述首端差动保护装置光收发器的发射端通过光纤与所述末端差动保护装置光收发器的接收端相连接。
可选的，所述差动保护装置还包括模数转换器，所述模数转换器分别与所述电流采样器和所述主控制器的信号采集端口相连接。
可选的，所述差动保护装置还包括时钟芯片，所述时钟芯片与所述主控制器的信号采集端口相连接，所述时钟芯片为所述主控制器提供时钟信号。
可选的，所述时钟芯片为温补型时钟芯片。
可选的，所述差动保护装置还包括铁电存储器，所述铁电存储器与所述主控制器的信号采集端口相连接。
可选的，所述主控制器的信号采集端口为SPI接口。
可选的，所述末端差动保护装置的中断端口用于在接收到所述首端差动保护装置的同步指令时，开放PCA中断，并在接收所述首端差动保护装置发送的同步脉冲后，产生中断。
可选的，所述首端差动保护装置的脉冲发送端口用于向所述末端差动保护装置发射同步脉冲。
可选的，所述主控制器用于计算信息采集端口采集到的电流信号与信号接收端口接收到的电流信号之间的差电流，并根据所述差电流判断输电线路是否发生故障。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的电网差动保护装置包括主控制器和光收发器，所述主控制器的信号发射端口和脉冲发送端口共同通过与门与光收发器的发射端相连接，主控制器的信号接收端口和中断端口并联后与光收发器的接收端相连接，主控制器的信号采集端口与电流采样器相连接，所述电网差动保护装置分别安装于所述输电线路的两端，主控制器的脉冲发送端口向对端发射同步脉冲，对端在接收到同步脉冲信号后，中断信号发射，进行采样时刻的同步，以消除由于两端的电网差动保护装置采样时刻不同步所造成的故障判断失误，提高了故障判断的准确度，实现机理简单，此外，本发明两端的电网差动保护装置可直接通过光纤连接，无需增加任何光/电收发设备，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例电网差动保护装置的结构示意图；
图2为本发明实施例首端差动保护装置和末端差动保护装置的信息传输示意图；
图3为本发明实施例定时中断采样示意图；
图4为本发明实施例采样时刻漂移示意图；
图5为本发明实施例采样时刻修正示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电网差动保护装置，具有造价低、实现方式简便和故障判断准确度高的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例电网差动保护装置的结构示意图，如图1所示，本发明提供的电网差动保护装置包括主控制器1和光收发器3，主控制器1包括信号采集端口101、信号接收端口103、信号发射端口104、脉冲发送端口105和中断端口102，所述光收发器3包括发射端302和接收端301，所述主控制器1的信号发射端口104和脉冲发送端口105共同通过与门2与所述光收发器3的发射端302相连接，所述主控制器1的信号接收端口103和中断端口102并联后与所述光收发器3的接收端301相连接，所述主控制器1的信号采集端口101与电流采样器相连接。
所述差动保护装置还包括模数转换器4，所述模数转换器4分别与所述电流采样器和所述主控制器1的信号采集端口101相连接。
所述差动保护装置还包括时钟芯片6，所述时钟芯片6与所述主控制器1的信号采集端口101相连接，所述时钟芯片6为所述主控制器1提供时钟信号。
所述时钟芯片6为温补型时钟芯片。
可选的，所述差动保护装置还包括铁电存储器5，所述铁电存储器5与所述主控制器1的信号采集端口101相连接。
所述主控制器1的信号采集端口101为SPI接口。
图2为本发明实施例输电线路上电网差动保护装置的设置图，如图2所示，
所述电网差动保护装置分别安装于所述输电线路的两端，分别记为首端差动保护装置和末端差动保护装置，所述首端差动保护装置光收发器的接收端与所述末端差动保护装置光收发器的发射端相连接，所述首端差动保护装置光收发器的发射端与所述末端差动保护装置光收发器的接收端相连接。所述首端差动保护装置与所述末端差动保护装置的连接方式为光纤连接。
末端差动保护装置的中断端口用于在接收到所述首端差动保护装置的同步指令时，开放PCA中断，并在接收所述首端差动保护装置发送的同步脉冲后，产生中断。所述首端差动保护装置的脉冲发送端口用于向所述末端差动保护装置发射同步脉冲。所述主控制器用于计算信息采集端口采集到的电流信号与信号接收端口接收到的电流信号之间的差电流，并根据所述差电流判断输电线路是否发生故障。
基波频率为50赫兹的三相电流模拟信号(Ia/Ib/Ic)通过多通道模数转换器进行模数转换，主控制器通过SPI总线获取模数转换数据进行计算，同时主控制器通过1X9光收发器接收来自对端的三相电流数据，将本机采样得到的三相电流数据和来自对端的三相电流数据构成分相式差动保护。主控制器通过高精度温补型时钟芯片获取实时时钟，并将产生的SOE事件存储到SPI接口的铁电存储器中。主控制器通过1X9光收发器将本机的三相电流数据发送到对端。主控制器的脉冲发送端口和发射端口相与后连接到1X9光收发器的发射端，主控制器的接收端与中断端口引脚连接后再与1X9光收发器的接收端连接。
两台差动保护装置分别定义为首端差动保护装置和末端差动保护装置。
首端差动保护装置为数据采样同步的发起者；末端差动保护装置数据采样被同步。全双工通信，信息传输方向如图2所示。
1X9光收发器的发射端和接收端为TTL电平，可与主控制器的异步收发器直接连接。
如图1所示，主控制器的信息发射端口用于发送数据，当发送数据时，脉冲发送端口设置为高电平状态；主控制器的脉冲发送端口发送脉冲，用于数据采样的同步和数据采样修正，下文称同步脉冲或修正脉冲。在发送同步脉冲或修正脉冲时，信息发射端口处于高电平状态。脉冲的发送属于首端差动保护装置的权限。
PCA中断属于末端差动保护装置的权限，PCA中断的触发方式设置为沿触发。末端差动保护装置的接收端在正常接收数据的状态下，PCA中断被屏蔽；在接收同步脉冲的时候，PCA中断被开放。首端差动保护装置的PCA中断一直处于屏蔽状态。
数据采样同步的过程分为以下几个部分：
数据采样同步：数据采样同步主要是同步数据采样的起始时间，由首端差动保护装置发起，确保首端差动保护装置和末端差动保护装置在同一时刻启动采样。同步过程:首端差动保护装置首先通过信息发射端口发同步指令，通知末端差动保护装置准备同步采样时刻；末端差动保护装置收到同步指令后开放PCA中断，准备接收同步脉冲。然后首端差动保护装置通过脉冲发送端口发同步脉冲，同步脉冲通过光纤传输到在末端差动保护装置的PCA引脚上产生中断，末端差动保护装置即时启动模拟量的采样。
数据采样修正：数据采样修正是在数据同步完成以后，在接下来长时间采样过程中穿插执行本操作。目的：由于首端差动保护装置和末端差动保护装置的主控制器晶振虽然振荡频率理论上一致，但在长时间的运行过程中，由于器件的差异，肯定会存在时间累积误差，数据采样修正就是为了消除此误差而设计。修正过程:首端差动保护装置首先通过信息发射端口发修正指令，通知末端差动保护装置准备修正采样时刻；末端差动保护装置收到修正指令后开放PCA中断，准备接收修正脉冲。然后首端差动保护装置通过脉冲发送端口发修正脉冲，修正脉冲通过光纤传输到在末端差动保护装置的PCA引脚上产生中断，末端差动保护装置即时修正模拟量的采样时刻。
数据计算：本发明方案的数据计算采用窗口递推傅式算法，计算出模拟量的实部和虚部。首端差动保护装置和末端差动保护装置在同一时刻采用此时刻之前整一周波的采样点进行傅式计算。
数据传输：数据的传输量为三个模拟量(Ia/Ib/Ic)实部和虚部，同时打上采样点编号，便于对端核对数据的同一性，有效防止数据的错位传输。
数据采样的失步再同步：考虑到装置在运行过程中，由于某种因素(如强电磁干扰等)造成数据采样的失步而设计的据采样的失步再同步。同步过程同上文所述。
数据采样的修正方式及过程：数据采样采用等时间间距启动A/D转换，对模拟量进行离散。以一个周波24点采样为例进行说明：
采用定时中断方式进行采样：一个周波24点的定时时间为20ms/24＝833.33us，即每833.33us定时进入中断启动1次A/D转换，体现在时间轴上采样时刻方波图如图3所示，图3中t1＝t2＝…t24＝833.33us。假定首端差动保护装置和末端差动保护装置的主控制器和晶振性能参数完全一致，则两端采样经过同步采样起始时刻，可以实现两端的采样时刻图在时间轴上完全吻合，但首端差动保护装置和末端差动保护装置的主控制器和晶振性能参数不可能制造得完全一致，实际运行过程中会出现采样时刻的漂移，如图4所示，这种漂移如果不加以修正，首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻方波图的方波将会出现首先是逐步错位、反向，然后是重合，循环往复，两端的采样数据失去同步。
本发明数据采样修正方法：以首端差动保护装置的数据采样时刻图为标准，末端差动保护装置的数据采样时刻被修正，如图5所示。修正过程如下：末端差动保护装置接收到采样修正命令后，开放PCA中断；末端差动保护装置接收到采样修正脉冲产生PCA中断，在中断服务程序中修改下一点的采样中断产生时间。1个周波修正两次，可以有效保证数据同步。
本发明提供的电网差动保护装置包括主控制器和光收发器，所述主控制器的信号发射端口和脉冲发送端口共同通过与门与光收发器的发射端相连接，主控制器的信号接收端口和中断端口并联后与光收发器的接收端相连接，主控制器的信号采集端口与电流采样器相连接，所述电网差动保护装置分别安装于所述输电线路的两端，主控制器的脉冲发送端口向对端发射同步脉冲，对端在接收到同步脉冲信号后，中断信号发射，进行采样时刻的同步，以消除由于两端的电网差动保护装置采样时刻不同步所造成的故障误判，提高了故障判断的准确度，实现机理简单，此外，本发明两端的电网差动保护装置可直接通过光纤连接，无需增加任何光/电收发设备，降低了成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电网差动保护装置，其特征在于，所述装置包括：主控制器和光收发器，所述主控制器包括信号采集端口、信号接收端口、信号发射端口、脉冲发送端口和中断端口，所述光收发器包括发射端和接收端，所述主控制器的信号发射端口和脉冲发送端口共同通过与门与所述光收发器的发射端相连接，所述主控制器的信号接收端口和中断端口并联后与所述光收发器的接收端相连接，所述主控制器的信号采集端口与电流采样器相连接，所述电网差动保护装置分别安装于所述输电线路的两端，分别记为首端差动保护装置和末端差动保护装置，所述首端差动保护装置光收发器的接收端与所述末端差动保护装置光收发器的发射端相连接，所述首端差动保护装置光收发器的发射端与所述末端差动保护装置光收发器的接收端相连接。
2.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述首端差动保护装置光收发器的接收端通过光纤与所述末端差动保护装置光收发器的发射端相连接，所述首端差动保护装置光收发器的发射端通过光纤与所述末端差动保护装置光收发器的接收端相连接。
3.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述差动保护装置还包括模数转换器，所述模数转换器分别与所述电流采样器和所述主控制器的信号采集端口相连接。
4.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述差动保护装置还包括时钟芯片，所述时钟芯片与所述主控制器的信号采集端口相连接，所述时钟芯片为所述主控制器提供时钟信号。
5.根据权利要求4所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述时钟芯片为温补型时钟芯片。
6.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述差动保护装置还包括铁电存储器，所述铁电存储器与所述主控制器的信号采集端口相连接。
7.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述主控制器的信号采集端口为SPI接口。
8.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述末端差动保护装置的中断端口用于在接收到所述首端差动保护装置的同步指令时，开放PCA中断，并在接收所述首端差动保护装置发送的同步脉冲后，产生中断。
9.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述首端差动保护装置的脉冲发送端口用于向所述末端差动保护装置发射同步脉冲。
10.根据权利要求1所述的电网差动保护装置，其特征在于，所述主控制器用于计算信息采集端口采集到的电流信号与信号接收端口接收到的电流信号之间的差电流，并根据所述差电流判断输电线路是否发生故障。
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